Одна из основных задач конструктора при проектировании небоскреба — это передача давления от сооружения на грунт, который служит основанием.
Давайте разберемся что такое небоскреб. Согласно нормативной базе Российской Федерации, это высотное здание высотой более 75 метров, обычно это здание с количеством этажей более 27.
Рассмотрим, как пример, здание высотой 340 метров, что соответствует высоте башни Меркурий, расположенной в Москва Сити.
В одном из постов мы разобрали как определить среднее давление под подошвой сооружения при известной его высоте https://dzen.ru/a/aO-ZDD75fxTyZGTX.
Зная приемы прошлого поста, мы с легкостью определим первичное давления под подошвой фундамента, и оно ориентировочно будет соответствовать 170 тоннам на метр квадратный основания.
Давайте представим, что перед нами стоит задача по возможности посадки башни на реальную площадку и для этого нам необходимо проработать варианты выполнения фундаментов.
Рассмотрим:
1. возможность устройства здания на естественном основании
2. применение свайного фундамента.
1. Фундамент на естественном основании
Для начала рассмотрим типы грунтов и их свойства. По характеру происхождения, структуре и прочности связей между частицами грунты делятся на скальные и нескальные.
Скальные грунты представляют собой твердые сплошные массивы горных пород, обладающие высокой прочностью (300-20000 т/м2)
Нескальные (дисперсные) грунты состоят из частиц различной крупности и связаны силами сцепления и трения, теряющими устойчивость при изменении влажности (30-80 т/м2).
Становиться очевидно, что без применения свай нам необходимо опереть наше здание на скальный грунт с несущей способностью не менее 170 т/м2.
Опыт инженерно-геологических изысканий в районе Москва Сити показывает, что средняя глубина залегания грунтов соответствует величине 8-25 метров, а прочность этих грунтов варьируется от 300 до 6100 т/м2. Так же стоит учесть неравномерность залегания скальных грунтов по глубине.
Результатом опыта проектирования в данном районе станет заложение подошвы фундамента на глубине 25 метров от поверхности. Если задаться высотой подземных этажей 3,5 метра, то нам необходимо 7 подземных уровней.
Как видим, задача является выполнимой и следующим шагом ее реализации станет проработка объемно планировочных решений подземной части. В мировой практике существует несколько примеров реализации таких проектов.
Одним из самых показательных является здание One World Trade Center, Нью-Йорк (541 м), построено на фундаментах, заложенных непосредственно на коренную породу. Фундамент здания заглублен на 21 метр ниже уровня улицы и опирается на манхэттенский сланец с несущей способностью 660 т/м2.
Уникальность этого проекта заключается в том, что коренная порода залегает относительно близко к поверхности - всего в 20 метрах от уровня улицы. Это позволило инженерам избежать применения свай и использовать фундаментную плиту непосредственно на скальном основании.
В отечественной практике возведения небоскребов таких примеров нет, но с учетом скорости роста количества построенных небоскребов за последние несколько лет, это всего лишь вопрос времени.
2. Свайный фундамент
Задача реализации свайного фундамента сводится к математическим вычислениям и не более. Для этих целей мы используем буронабивные сваи, а значит сделаем вертикальные скважины необходимой глубины и диаметра, установим в них арматурный каркас и зальем бетоном.
Шаг свай в данном случае мы можем принять 3,5х3,5 метра, а диаметр 1,5 метра (руководствуясь практикой реализации подобных объектов).
Нагрузка на каждую сваю будет составлять: Р=3,5х3,5х170=2082,5х1,2=2500 тонн. (1,2 коэф. ответственности)
Зная площадь опорной части сваи, найдем давление на грунт: S=3,14х1,52/4=1,77м2, σ=2500/1,77=1410т/м2.
Остается проверить несущую способность по материалу сваи и расчетное сопротивления грунта по результатам геологических изысканий.
Оба варианта реализации фундамента гипотетически возможны, но окончательные выводы мы сможем сделать после получения инженерных изысканий